基于氣壓阻的某車型關(guān)門速度的優(yōu)化

賴乾文 覃天龐 蔣文海

【摘 要】汽車的關(guān)門速度是衡量汽車質(zhì)量的一項(xiàng)重要參數(shù)。關(guān)門速度涉及整車氣密性、膠條結(jié)構(gòu)、車門裝配、泄壓閥等眾多因素。文章從泄壓閥的角度出發(fā)，分別采用仿真和實(shí)驗(yàn)的手段對(duì)某車型泄壓閥對(duì)于關(guān)門速度的影響進(jìn)行了研究，研究表明泄壓閥位置、大小對(duì)關(guān)門速度有直接的影響，最終通過(guò)改善泄壓閥的結(jié)構(gòu)，降低了關(guān)門速度。

【關(guān)鍵詞】關(guān)門速度;泄壓閥;優(yōu)化

【中圖分類號(hào)】U463.834 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）05-0020-04

1 概述

汽車的關(guān)門速度對(duì)于汽車整車品質(zhì)至關(guān)重要。根據(jù)調(diào)查顯示，車門關(guān)閉力過(guò)大是新車受抱怨的眾多質(zhì)量問(wèn)題之一[1]。對(duì)于自主品牌，車門關(guān)閉難的問(wèn)題尤為突出。車門關(guān)閉力大一方面表現(xiàn)為車門關(guān)閉時(shí)需要較大力度，另一方面表現(xiàn)為較高的關(guān)閉速度使車門與車身產(chǎn)生劇烈碰撞，導(dǎo)致車內(nèi)氣壓急劇升高，給乘客不良的體驗(yàn)。影響關(guān)門速度的因素有門的重量、鉸鏈、限位器、密封膠條、門鎖、氣壓阻，其中氣壓阻力占30%～50%，密封膠條約占40%[2]，是影響車門關(guān)閉力的主要因素。同時(shí)，膠條本身也會(huì)影響關(guān)門過(guò)程的氣壓阻力，因此考慮從氣壓阻力層面優(yōu)化某車型關(guān)門力。

2 某車型車身狀態(tài)調(diào)查

經(jīng)反映，某車型關(guān)門速度過(guò)高，車門關(guān)閉力大，要改善這種狀態(tài)，需先對(duì)該車型車身狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)標(biāo)競(jìng)品車，了解問(wèn)題所在。為此，準(zhǔn)備了某車型及其對(duì)標(biāo)車型1、2、3，測(cè)量其在正常狀態(tài)及封堵車身縫隙下整車氣密性和關(guān)門速度。

2.1 車身氣密性測(cè)量及結(jié)果

測(cè)量某車型及其對(duì)標(biāo)車的車身泄漏量（如圖1所示）。儀器往車身通氣，當(dāng)車內(nèi)的氣壓穩(wěn)定時(shí)測(cè)量泄漏量。儀器中的煙霧發(fā)生器可以產(chǎn)生大量煙霧，方便識(shí)別車身泄漏位置，便于封堵。

依次將壓力調(diào)整為25 Pa、50 Pa、75 Pa、100 Pa，得到各車型的泄漏量（留空表示超出整車氣密測(cè)試儀量程），見(jiàn)表1。

由表1可以得出結(jié)論：

（1）在壓力較低（25 Pa和50 Pa）時(shí)，某車型和對(duì)標(biāo)車整車泄漏量相差不大;壓力較高時(shí)（75 Pa和100 Pa），某車型和對(duì)標(biāo)車整車泄漏量相差較高。

（2）在封堵全部泄壓閥時(shí)，某車型泄漏量明顯高于對(duì)標(biāo)車型。說(shuō)明其整車不可控泄漏量較高，整車氣密性較差。

封堵車身縫隙后再次測(cè)量某車型及其對(duì)標(biāo)車的車身泄漏量（如圖2所示），依次將壓力調(diào)整為25 Pa，50 Pa，75 Pa，100 Pa，得到各車型的泄漏量（見(jiàn)表2）。

由表2可以得出以下結(jié)論。

（1）與不封堵車身縫隙相比，封堵車身縫隙后某車型整車的泄漏量與對(duì)標(biāo)車的差距有所減小，這驗(yàn)證了“某車型整車不可控泄漏量較對(duì)標(biāo)車型高”的結(jié)論。

（2）封堵車身縫隙后，某車型整車的泄漏量與對(duì)標(biāo)車相近，而封堵泄壓閥后，某車型泄漏量明顯高于對(duì)標(biāo)車型，說(shuō)明某車型車門關(guān)閉時(shí)主要靠車身縫隙排氣減壓，泄壓閥排氣性能低于對(duì)標(biāo)車型，還存在優(yōu)化空間。

2.2 關(guān)門速度測(cè)量及結(jié)果

測(cè)量不同工況下某車型及其對(duì)標(biāo)車左前門關(guān)門速度。測(cè)量采用車門測(cè)速儀（如圖3、圖4所示）。

測(cè)量未封堵車門縫隙下左前門的關(guān)門速度，所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

其中，封堵一側(cè)泄壓閥和封堵全部泄壓閥均為在其他車門全關(guān)的條件下測(cè)量。

由表3可以得出以下結(jié)論。

（1）某車型關(guān)門速度顯著高于對(duì)標(biāo)車型，最大相差0.3 m·s-1。

（2）對(duì)比四門全關(guān)與封堵全部泄壓閥的左前門關(guān)速度可以發(fā)現(xiàn)，封堵前后某車型的關(guān)門速度均為最高，且變化最小，增大14%，最大為對(duì)標(biāo)車3，為33%。說(shuō)明某車型泄壓閥作用相對(duì)于其他車型，發(fā)揮作用較低，尚有優(yōu)化空間。

封堵車身縫隙后再次測(cè)量各車型左前門關(guān)門速度，所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

其中，封堵一側(cè)泄壓閥和封堵全部泄壓閥均為在其他車門全關(guān)的條件下測(cè)量。

結(jié)合表3、表4可以得出以下結(jié)論：封堵車身縫隙使某車型及對(duì)標(biāo)車1、2關(guān)門速度增加0.02左右，對(duì)于關(guān)門速度影響不大。

2.3 測(cè)量結(jié)果總結(jié)

經(jīng)過(guò)測(cè)量某車型及其對(duì)標(biāo)車車身狀態(tài)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，某車型不可控泄漏量較高，且泄壓閥的泄壓功能較對(duì)標(biāo)車型弱，鑒于對(duì)于量產(chǎn)車型不可控泄漏量難以控制，因此計(jì)劃從泄壓閥入手進(jìn)行優(yōu)化，分別采用CFD仿真及實(shí)車實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。

3 優(yōu)化路線以及措施

泄壓閥方面的優(yōu)化可以從泄壓閥本身入手，研究泄壓閥尺寸、結(jié)構(gòu)等對(duì)于關(guān)門速度的影響;此外，從泄壓閥作用于車身方面入手，研究泄壓閥位置對(duì)于關(guān)門速度的影響?？紤]到在車身上實(shí)施更改泄壓閥位置的可操作性，為了降低實(shí)驗(yàn)成本，采用CFD流體仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 CFD仿真分析和結(jié)果

本次CFD仿真主要研究泄壓閥大小、位置與關(guān)門力的關(guān)系，為了便于處理模型，仿真中關(guān)門速度恒定，采用車門受到的氣壓阻力表征車門關(guān)閉力大小;仿真中車門受到的阻力大，說(shuō)明在實(shí)際中對(duì)應(yīng)工況下關(guān)門過(guò)程受氣壓阻影響大，關(guān)門速度大，反之則關(guān)門速度小。

3.1.1 不同泄壓閥大小的仿真工況和結(jié)果

對(duì)車身進(jìn)行建模，如圖5所示。

針對(duì)不同泄壓閥大小所設(shè)立工況和CFD計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。可以看出，泄壓閥的尺寸越大，即面積越大，車門所受到的扭矩峰值越小，對(duì)關(guān)門速度越有利，將泄壓閥增大兩倍，可以使關(guān)門瞬間扭矩降低31%。

3.1.2 不同泄壓閥位置的仿真工況和結(jié)果

針對(duì)不同泄壓閥位置所設(shè)立工況和CFD計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可以得出以下結(jié)論。

（1）當(dāng)泄壓閥的布置位置不同時(shí)，車門所受扭矩的變化百分比均在6%以內(nèi)。

（2）不同泄壓閥位置時(shí)，對(duì)車內(nèi)壓力峰值和扭矩的影響較小，可以認(rèn)為不同泄壓閥位置對(duì)關(guān)門力沒(méi)有影響，因此對(duì)于內(nèi)飾泄壓開(kāi)孔位置不做修改。

3.2 實(shí)車實(shí)驗(yàn)以及結(jié)果

根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)考慮膠條對(duì)關(guān)門速度的影響，制訂實(shí)車實(shí)驗(yàn)方案如下：？譹？訛通過(guò)等效方式，測(cè)試不同泄壓閥大小方案;？譺？訛更改泄壓閥結(jié)構(gòu)，優(yōu)化排氣性能。

3.2.1 泄壓閥面積大小方案

由于直接更改泄壓閥大小時(shí)，需要同步更改鈑金件開(kāi)口大小，因此采用等效方案：先測(cè)量正常狀態(tài)下關(guān)門速度，然后封堵泄壓閥，調(diào)整車窗的高度，使其關(guān)門速度與正常狀態(tài)相等，這時(shí)候認(rèn)為車窗開(kāi)口的效果與泄壓閥效果相同（如圖6所示）。取消泄壓閥封堵，此時(shí)可以當(dāng)做將泄壓閥面積增大一倍。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表7。

3.2.2 泄壓閥本體排氣性能優(yōu)化方案

經(jīng)過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，某車型泄壓閥的葉片張開(kāi)困難，需要克服較大的阻力，原因是泄壓閥葉片與本體連接處產(chǎn)生干涉（如圖7所示），對(duì)其連接方式進(jìn)行更改，使其不再產(chǎn)生干涉（如圖8所示）。

測(cè)量更改前后的車門關(guān)閉速度，結(jié)果見(jiàn)表8。

3.2.3 實(shí)車實(shí)驗(yàn)小結(jié)

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得知：？譹？訛增大泄壓閥1倍使關(guān)門速度降低了8.5%，效果明顯;？譺？訛更改泄壓閥本體與葉片的連接方式，使關(guān)門速度降低8.8%，效果明顯。

4 總結(jié)

本文通過(guò)研究車身的狀態(tài)，與對(duì)標(biāo)車進(jìn)行對(duì)標(biāo)，得出了影響某車型車門關(guān)閉力的一個(gè)重要因素，據(jù)此進(jìn)行仿真和實(shí)車實(shí)驗(yàn)，得出優(yōu)化某車型車門關(guān)閉力的方法：更改泄壓閥本體與葉片的連接方式;增大泄壓閥面積。其中，增大泄壓閥面積需要同時(shí)對(duì)車身和泄壓閥進(jìn)行改動(dòng)，涉及范圍較廣，而且增加成本，因此采用修改泄壓閥結(jié)構(gòu)的方式較為理想。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]Raviraj Nayak，KeeLm.OPtimization of the Side Swing Door Closing Effort[C].In：SAE TECHNICAL PAPER SERIES.Detroit，Michigan：SAE，2003.

[2]劉九五.基于裝配偏差分析的車門關(guān)閉力計(jì)算研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2015.

[3]汪寧，吳衛(wèi)東，張慶如.汽車車門關(guān)閉速度與定量施力研究[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2011（1）.